我国科研团队提出豆科植物“利己主义”新假说

近日，中国林业科学研究院在《自然·通讯生物学》杂志在线发表重要成果，深度揭秘了豆科植物与其邻居植物之间的组成关系。并提出假说指出，被广泛认为是植物界“最美邻居”的豆科植物，并非我们以往所熟知的完全利他主义“好邻居”形象。相反，它更多表现出了“利己主义”。
研究团队以海南尖峰岭60公顷热带雨林大样地中的7种豆科植物及其邻居组成为样本，采用叶片氮同位素组成来分析这7种豆科植物的生物固氮能力，分析了它们的空间分布特征和邻体多样性，发现并解释了豆科植物与其邻居构成关系的形成机制。研究结果在全球11个16-60公顷的森林大样地数据中得到了验证。
为科学解释豆科植物在土壤氮空间分布中对其邻体多样性的影响，研究团队创新提出了“固氮策略分化假说”和“资源需求分化假说”。并论证指出，分布在高土壤有效氮生境下的豆科植物表现出更高的生物固氮能力和更高的非豆科植物邻体多样性，其生物固氮能力与其所在的土壤有效氮的空间分布显著相关，符合“资源需求分化假说”。即这是一种非典型的“利它主义”，其本质仍是“利己主义”。在这种情况下，豆科植物和它的邻体植物在氮资源方面几乎不存在“竞争”关系，是先“利己”，后“利它”，最后达到互利共生、和谐共存。
论文第一作者、中国林科院研究员许涵介绍，结合团队前期研究进展可以初步断定，大多数豆科植物提供土壤氮的“利它效应”主要体现在豆科植物死亡后，植物残体归还到土壤中得以实现。而在热带天然林中，不同豆科植物的氮需求和生物固氮效率存在很大差异，正是这种差异影响了豆科植物的邻居是由哪些物种构成，以及这些邻体物种数量的多少。
一方面豆科植物通过选择偏好生境（高土壤有效氮）和调整生物固氮代谢活动来满足其自身对氮的需求，另一方面豆科植物的高生物固氮代谢活动提高了互补资源利用效率而非强化地上部分的竞争过程，从而驱动了豆科植物邻体多样性的提高；而分布在低土壤有效氮生境下的豆科植物则表现出相反的结果。进一步验证分析表明，造成豆科植物多样性差异的原因，主要是受土壤有效氮含量的影响。即土壤有效氮水平的高低调控着豆科植物与其邻体的多样性水平。
许涵研究员表示，当前，我国正在实施大规模森林生态修复工程，特别是在我国南方，还存在着大量低质低效次生林、人工纯林、荒地等生态系统需要进行生态修复。豆科类植物是重要的混交树种，特别是红木类珍贵树种多为豆科。研究结果对于未来豆科树木与邻体的种类选择和配植、栽植的适生生境选择等具有指导应用价值。
据悉，海南尖峰岭国家级森林生态站及其他10个国际森林大样地的合作者为该成果贡献了大量数据和学术观点，这也是中国林科院热林所“森林生态研究中心”成立之际的一项重要成果。许涵研究员、Matteo Detto博士为论文共同第一作者，中山大学方素琴副教授为通讯作者。（文：宋平 王丹薇/中国林科院 图：许涵研究员提供）
宋平 王丹薇 许涵 中国林科院办公室 热林所 2020-07-06

关键词 植物生理  豆科植物  生物多样性  图片